Mobil eszközök alkalmazása szenzorhálózatokban VINCZE ZOLTÁN, VIDA ROLLAND Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék {vincze,vida}@tmit.bme.hu Kulcsszavak: vezetéknélküli szenzorhálózat, mobilitás, nyelôállomás, energiahatékonyság A hálózati kommunikáció egyik jelenleg legtöbbet kutatott területe a vezeték nélküli szenzorhálózatok témaköre. A hálózat építôkövei a különbözô fizikai paraméterek mérését végzô szenzorok, és a mérési adatokat begyûjtó nyelôállomások. A szenzorok egyik legfontosabb tulajdonsága az erôsen korlátozott energiatartalékuk. Ezt figyelembe véve, az eredeti sztatikus architektúrális elképzelések újragondolásával a hálózattervezôk egyre több olyan megoldást javasolnak, amelyekben mind a szenzorok, mind a nyelôk mobilitása megengedett. Az építôelemek mozgatása lehetôvé teszi a hálózat energiahatékonyságának és egyéb funkcióinak további javítását. Ebben a cikkben bemutatjuk a legfontosabb eddigi javaslatokat a mobil eszközök szenzorhálózatokban való alkalmazására. 1. Bevezetés A hálózati kommunikáció egyik jelenleg legtöbbet kutatott területe a vezeték nélküli szenzorhálózatok témaköre. A hálózat építôkövei a szenzorok, amelyek képesek fizikai jelenségek mérésére (például hômérséklet, fény, páratartalom) és a mért adatok rádiós továbbítására egy speciális építôelem, a nyelô felé. Ez az eszköz kapcsolattal rendelkezik a külvilág felé, így az öszszegyûjtött adatokat hozzáférhetôvé teszi a hálózat üzemeltetôi számára. Mindemellett jóval nagyobb akkumulátorral rendelkezik mint a szenzorok, így mûködése során nem kell akkora figyelmet fordítani az energiafelhasználására (1. ábra). Az információ továbbításához felhasznált kommunikációs elv szerint is csoportosíthatjuk a hálózatokat, a következôképpen: egyugrásos (single-hop) esetben minden szenzor közvetlenül a nyelôvel kommunikál, míg többesugrásos (multi-hop) esetben a nyelôtôl távolabb lévô eszközök a társaikon keresztül juttatják el az adatokat a célhoz. Kicsi méretük miatt a szenzorok energiatartaléka erôsen korlátozott, ezért a hálózat tervezése és mûködése során különös figyelmet kell szentelni az energiafelhasználásra; a több ezer érzékelôbôl álló hálózatokban nem gazdaságos, illetve a telepítés helyszíne miatt esetleg nem is lehetséges az energia utánpótlása. Ez a tulajdonság motiválta a kutatókat arra, hogy számos olyan megoldást javasoljanak, melyek a hálózatok energiahatékony mûködését segítsék (például energiahatékony útvonalválasztás, topológia kontroll, alvásszabályozás, klaszterezés, adataggregáció). A kezdeti elképzelések szerint mind a szenzorok, mind a nyelô sztatikus eszközök voltak, az utóbbi idôben azonban egyre több olyan javaslat lát napvilágot, amelyek ezen eszközök mozgatásának bevezetését tanácsolják a mûködés hatékonyságának javítására. A következôkben összefoglaljuk az eddig kidolgozott legismertebb, mobilitást alkalmazó javaslatokat. 2. Szenzorok mobilitása 1. ábra Mica2 és Mica2Dot típusú szenzorok A szenzorhálózatok három kategóriába sorolhatók aszerint, hogy a szenzorok mikor küldik el mért adataikat. Idôvezérelt (time-driven) hálózatokban minden szenzor periodikusan elküldi adatait, egy eseményvezérelt (event-driven) hálózatban csak azok küldenek adatot, akik egy eseményt érzékeltek, míg egy lekérdezésvezérelt (query-driven) hálózatban a nyelô kérésére küldenek csak adatot a szenzorok. A szenzorok energia utánpótlása erôsen korlátozott, az érzékelés kommunikáció mozgás hármas közül pedig az utóbbi igényli messze a legtöbb energiát, így a szenzorok mobilitása a hálózatban általában csak korlátozott számú érzékelôegységre terjed ki (ezek rendelkezhetnek nagyobb akkumulátorral is). Az érzékelôk mozgatása során a cél sokszor nem a hálózat energiafelhasználásának a csökkentése, hanem a hálózat által felügyelt terület lefedettségének növelése, javítása. 12 LXI. ÉVFOLYAM 2006/12
Mobil eszközök alkalmazása szenzorhálózatokban A szenzorok elhelyezkedésének megváltoztatása két fô okból történhet: az egyik esetben a kezdeti telepítés után, vagy a mûködés közben lemerülô szenzorok miatt lefedetlenül maradt terület lefedése, a másik esetben pedig a kommunikációval jobban terhelt területeken elhelyezkedô társaik tehermentesítése a cél. Az elsô cél elérésére javasolt protokollban a szenzorok közvetlen a telepítés után mozognak csak, a hálózat késôbbi mûködése során már nem [1]. A mozgatás célja a telepítés után lefedetlenül maradt területek lefedése. Feltételezik, hogy a szenzorok ismerik geográfiai koordinátáikat, például a GPS rendszernek, vagy más a szakirodalomban javasolt energiahatékonyabb lokalizációs algoritmusnak köszönhetôen. A protokoll szerint a telepítés után minden szenzor elküldi szomszédainak saját koordinátáit, majd ezen információ alapján az érzékelôk kiszámítják a hozzájuk tartozó Voronoi tartományokat (azon pontok halmaza, amelyek az adott érzékelôhöz vannak legközelebb [2]). Amennyiben a szenzor érzékelési sugara kisebb, mint a Voronoi tartománya valamely pontjának tôle mért távolsága, úgy ott a lefedettségben rés van, hiszen ô az ahhoz ponthoz legközelebbi érzékelô, de neki is a hatókörén kívül esik. A szerzôk három lehetséges iteratív mozgatási stratégiát javasolnak a rések lehetô legjobb mértékû lefedésére: a VEC (VECtor-based algorithm) esetében a szenzorok elmozognak azokról a helyekrôl, ahol túl sûrûen vannak telepítve, így biztosítva az egyenletesebb eloszlást. A második stratégia a VOR (VORonoi-based algorithm), amely során a szenzorok a lyukak felé mozognak; ugyanezt teszik a harmadik javaslatban, a Minimax-ban is, de itt konzervatívabb módon hagyják el korábbi helyüket, ügyelve arra, hogy az elmozdulással ne generáljanak újabb lefedettségi réseket. Mindegyik stratégia esetén a mozgatás körökre van osztva: egy körben egy szenzor virtuálisan vagy ténylegesen mozoghat. Az elôbbi esetben a szenzorok nem mozdulnak el ténylegesen, csak a szomszédoknak küldött információt módosítják az új virtuális helyüknek megfelelôen. amennyiben azonban a virtuális helyük már olyan messze kerül a tényleges pozíciójuktól, hogy nem tudnak új szomszédaikkal kommunikálni, akkor fizikailag is elmozdulnak. Az érzékelôk mozgása akkor fejezôdik be, amikor már nem növelhetô tovább a lefedettség. Sokszor elôfordulhat, hogy a telepítés elôtt még nem ismert az események várható eloszlása a hálózat területén, így célszerû kezdetben egyenletes térbeli eloszlás alapján lerakni a szenzorokat. A megfigyelt esemény lehet például egy állatcsorda vonulása, ilyenkor célszerû lenne, ha a vonulási útvonal környékén sûrûbben helyezkednének el a szenzorok, hiszen így részletesebb információt tudnak küldeni az eseményrôl, illetve az információ továbbításában több érzékelô tudna részt venni, ezáltal jobban elosztva a kommunikációs terhelést. E kihívás leküzdése is lehetséges mozgó szenzorok segítségével [3]. Ajavasolt algoritmus feltételezi, hogy minden szenzor ismeri saját térbeli elhelyezkedését, ezenfelül pedig a bekövetkezô események helyérôl a hálózat összes szenzora értesül. Az érzékelôk kétféle algoritmus alapján mozoghatnak, az elsô esetben a szenzor a saját korábbi helyeinek és az események jelenlegi helyének függvényében határozza meg, hogy merre lép. A második esetben a szenzor az elôbb felsorolt adatokon kívül az esemény korábbi helyeit amit egy eloszlás függvény segítségével tárol is figyelembe veszi következô helyének megállapításánál. Amennyiben az öszszes szenzor az események gyakori felbukkanási helyére mozogna, akkor a hálózat bizonyos részei lefedetlenek maradnának. Ezt elkerülendô, miután a szenzorok elmozdultak korábbi helyükrôl, folyamatosan felderítô üzeneteket küldözgetnek szomszédaiknak. Figyelik a beérkezô válaszüzenetek irányszögeit, és ha valamelyik térrészbôl nem kapnak ilyen üzenetet, akkor azon rész felé mozdulnak el, így biztosítva a lefedettséget ott is. 3. A nyelôk mozgatása A szenzorhálózatokban információt összegyûjtô nyelôk speciális eszközök, amelyek a szenzorokhoz képest sokkal bôvebb energiatartalékkal rendelkeznek, így mozgatásuk során általában nem kell törôdni a mozgásra fordított energiával. Mozgatásuk sokféleképpen megoldható: felszerelhetôek robotokra, vezetônélküli jármûvekre, repülôkre, állatokra. A mobilitás célja kettôs: egyrészt ilyen módon csökkenthetô a szenzorok által kommunikációra fordított energia nagysága, másrészt egyenletesebbé tehetô az energiafogyasztás eloszlása a hálózatban. Amennyiben egy vezetéknélküli kommunikációt használó eszköz d távolságra szeretne eljuttatni egy csomagot, akkor az ehhez szükséges energia nagysága arányos d α -al, ahol α értéke 2 és 5 között mozoghat a jelterjedési viszonyoktól függôen. Látható, hogy a nyelô közelítése az adatot küldô szenzorokhoz jelentôs energiát képes megtakarítani a kommunikációs távolságok csökkentésével. Egyugrásos hálózatok esetén a nyelôtôl távolabbi eszközöknek több energiát kell adattovábbításra fordítani, mint a közelebbi társaiknak, míg többesugrásos hálózatok esetében pont fordított az energiafogyasztás megoszlása, a nyelô körüli szenzorok terhelése jóval nagyobb a távolabbiakhoz képest, mivel rajtuk gyakorlatilag a hálózat teljes forgalma átfolyik. A nyelô mozgatása erre a problémára is gyógyír lehet. Számos javaslat született már a nyelôk mozgatására a tudományos szakirodalomban, ezek a használt mozgási modell alapján három fô kategóriába sorolhatók. A véletlen (random) mozgás során a nyelô egy véletlen útvonalat jár be, jövôbeli viselkedése nem jósolható meg; mindez alkalmazhatatlanná teszi olyan hálózatokban, ahol az információ továbbítására éles idôbeli korlátok vannak. A jósolható (predictable) mozgás esetén a nyelô egy elôre kijelölt pályán mozog, így korlát adható arra az idôtartamra, amikor újra egy adott szen- LXI. ÉVFOLYAM 2006/12 13
HÍRADÁSTECHNIKA zor közelébe ér. A harmadik mozgás modell a vezérelt (controlled) mozgás; ezesetben a nyelô mozgását vezérlô protokoll a hálózat aktuális állapotát is figyelembe veszi. 3.1. Véletlen mozgás MULE (Mobile Ubiquitous LAN Extension) eszköz bevezetését javasolták olyan hálózatok esetére, ahol a mért adatok továbbítása nem kell, hogy valós idôben történjen [4]. Másrészt a szenzorok annyira ritkán vannak telepítve, hogy nem tudják egymáson keresztül eljuttatni a mért adatokat a nyelôhöz, mert vagy nincs egyetlen szomszédja sem egy szenzornak, vagy több független, egymással kommunikálni nem képes csoportra oszlanak az eszközök. Ekkor az információk begyûjtéséhez több bázisállomást, vagy nagyobb mennyiségû szenzort kellene felhasználni, ami megnövelné a költségeket. Ez elkerülhetô a MULE használatával, amely a nyelôt magával hordozó mobil eszköz, mozgása pedig egy véletlen bolyongást követ. Amikor egy szenzor közelébe ér, a szenzor átadja neki a mért adatokat, majd a mobil eszköz tovább folytatja útját. Az összegyûjtött információt fix hozzáférési pontoknak továbbítja, amint azok közelébe ér. Egy ilyen megoldás alkalmazható például arra, hogy egy adott területen a közlekedésmérnökök az egyes keresztezôdések forgalmának nagyságát mérhessék. A teljes terület lefedése szenzorokkal felesleges lenne, elég helyette csak a keresztezôdésekbe telepíteni szenzorokat, az adatokat begyûjtô nyelô pedig felszerelhetô akár egy városi buszra is. A SENMA (SEnsor Networks with Mobile Agents) architektúra is véletlenszerûen mozgó nyelôt alkalmaz az adatok begyûjtésére [5], de ellentétben az elôzô esettel itt a szerzôk sûrûn telepített szenzorhálózatot feltételeznek. A nyelô a hálózat felett repül körbe-körbe, véletlen bolyongást követve; egy szenzor akkor kommunikál vele, amikor az éppen felette repül el. Ezesetben két okból is csökken az energiafelhasználás az adattovábbítás során. Egyrészt minden szenzor közvetlen a nyelôvel kommunikál, így az adatnak nem kell több csomóponton áthaladnia. Másrészt a jel csillapítása a levegôben, függôleges irányban, kisebb mint a földi, vízszintes továbbítás esetén, ezért a kommunikáció folyamán a szenzoroknak elég kisebb erôsségû jelet sugározniuk. Azzal a kérdéskörrel, hogy hogyan lehet hatékonyan eljuttatni az információt egy adott szenzortól több mozgó nyelôhöz Kim és Abdelzaher foglalkozik [6]. A hálózatban a szenzorok ismerik a földrajzi helyüket és, ellentétben az eddigi feltételezett hálózatokkal, a nyelôkkel többesugrásos módon kommunikálnak. Egy esemény bekövetkezése után az azt érzékelô szenzornak a feladata elküldeni adatait az összes nyelôállomásnak. Ezen nyelôk mindegyike véletlen bolyongás szerint mozog (2. ábra). A javasolt SEAD (Scalable Energy-efficient Asynchronous Dissemination) protokoll a hálózat teljes elárasztása helyett kiépít egy adattovábbítási fát mindegyik nyelô és a szenzor között. Kezdetben egy nyelôt a fában a fizikailag mellette elhelyezkedô szenzor reprezentál amennyiben a nyelô elmozdul, akkor értesíti az új helyérôl ezt a szenzort, így az tudni fogja a nyelô új pozícióját, ezáltal képes továbbra is kézbesíteni az üzeneteket. Ennek következtében nem kell újraépíteni a fát a nyelô minden egyes elmozdulásánál. Amikor a kijelölt szenzor és a nyelô közötti távolság elért egy elôre megadott küszöböt, akkor a fát újraépíti a protokoll. 2. ábra Adatok eljuttatása több mobil nyelôhöz 3.2. Jósolható mozgás Ezen típusú mozgás esetén a nyelô egy elôre meghatározott pályán mozog, kiszámíthatóvá téve jövôbeli viselkedését. Chakrabarti és társa véletlenszerûen telepített szenzorok alkotta hálózat minden elemét érintô útvonalon periodikusan körbe mozgó nyelô alkalmazását javasolják [7]. A nyelô állandó sebességgel halad úgy, hogy minden szenzor kommunikációs hatósugarát érintse az úton; egy szenzor csak ezen jól meghatározott idôintervallum alatt küldheti el neki a mért adatokat. Ha a nyelô túl kevés ideig tartózkodik a szenzor szomszédságában, akkor az adatok egy része elveszik. Minden szenzor azonos sebességgel generálja az elküldendô adatokat, illetve azonos sebességgel képes továbbítani azokat. A szerzôk sorbanállási elmélet alkalmazásával vizsgálják, hogy adott adatvesztési valószínûséghez hogyan kell megválasztani a szenzorok adótávolságát, illetve az adattovábbítás sebességét. A vizsgálatokat két részre osztják. Az elsô esetben a szenzorok teljesen véletlenszerûen vannak telepítve. A második esetben is véletlenszerû a telepítés, de a szenzorok közötti távolság nem lehet kisebb egy küszöbértéknél. Míg az elsô esetben nehéz elkerülni az adatvesztést, a második esetben a küszöbérték megfelelô beállítása mellett garantálható az összes adat megérkezése a nyelôhöz. Luo és társa egy sûrûn telepített, erôsen összefüggô, kör alakú hálózatot feltételez, ahol a mûködés idôvezérelt és a szenzorok többesugrásos módon kommunikálnak a nyelôvel, egy legrövidebb út algoritmust al- 14 LXI. ÉVFOLYAM 2006/12
Mobil eszközök alkalmazása szenzorhálózatokban kalmazva [8]. Analitikus vizsgálatokon keresztül elemzik, hogy egy ilyen hálózatban mekkora a nyelô körüli szenzorok terhelése, a kapott eredmények pedig azt mutatják, hogy a nyelô környékén kialakuló nagy terhelés elosztása érdekében annak mozognia kell a hálózatban. A mozgás útvonalának olyan utat keresnek, amely periodikus és szimmetrikus a kör középpontjára. Az általuk használt analitikus modell segítségével bebizonyítják, hogy az ilyen típusú utak közül a legjobb választás az, ha a nyelô a hálózat szélén mozog körbe. A bevezetett mobilitás jobb kihasználása érdekében új útvonalirányítási megoldást is javasolnak, melynél azt a tényt használják ki, hogy hálózat szélén elhelyezkedô szenzorok kommunikációs terhelése jóval kisebb a középpontban lévôkéhöz képest. A nyelô egy a középponthoz közelebbi körön mozog körbe, amelyen belül az adattovábbítás továbbra is legrövidebb út algoritmus alapján történik. A körön kívüli részre viszont a szerzôk javaslata a round routing : a szenzor által küldött csomag egy köríven halad, párhuzamosan a nyelô pályájával, majd amikor a nyelôvel egy magasságába ér, áttér a legrövidebb útra. Erôsen partícionált ad-hoc hálózatokbeli adattovábbításra ad megoldást Zhao és Ammar [9]. A partíciók között egy komp mozog elôre megadott útvonalon, biztosítva az egyes részek közötti üzenetátvitelt. A szerzôk feltételezik, hogy ismert a hálózat alkotóelemeinek elhelyezkedése és a köztük folyó forgalom nagysága. Az útvonal kialakításánál három szempontot vesznek figyelembe: minden eszköz tudjon közvetlenül kommunikálni a komppal, legyen minimális az üzenetek késleltetése, és legyen maximális az átvitt adatmennyiség. Ezen feltételek teljesítése NP nehéz, így heurisztikákat javasolnak az útvonal kialakításához: elôször az utazó ügynök problémájának közelítô megoldásával létrehoznak egy kezdeti útvonalat. Következô lépésként egy másik heurisztika segítségével a késleltetést csökkentendô módosítják a bejárás sorrendjét, majd az utolsó lépésben az adatátvitel mennyiségét maximalizálják egy lineáris programozási feladat segítségével. Bár ezen javaslat nem speciálisan szenzorhálózatok esetére született, jól használható ott is, amennyiben a hálózat erôsen partícionált. Az eddigi jósolható mozgások mind ciklikus útvonalat használtak. Ettôl eltérôen, Wang és társai idôvezérelt, többesugrásos kommunikációt használó szenzorhálózatot feltételeznek, amelyben a szenzorok egy négyzetrács pontjaiba vannak telepítve és a nyelô is a rács mentén mozoghat csak [10]. Megbecsülik a hálózatban fellépô forgalom nagyságát és lineáris programozási modell segítségével meghatározzák, hogy a nyelô melyik rácspontban mennyi ideig tartózkodhat a hálózat lemerüléséig. Egy pontot azonban csak egyszer látogathat meg, a mozgása tehát nem lesz ciklikus. 3.3. Vezérelt mozgás A három típusú mozgás közül ez a legintelligensebb: a nyelô mozgását vezérlô algoritmus a hálózat aktuális állapotát figyelembe véve alakítja a bejárt útvonalat. Az algoritmusok általában két paraméter változtatásával módosítják a bejárást: fix útvonal esetén a mozgás sebességét módosítják, ellenkezô esetben pedig a mozgás irányát és sebességét változtatják. Az elsô típusra példa az AIMMS (Autonomous Intelligent Mobile Micro-server) protokoll [11,12]. A véletlenszerûen telepített, többesugrásos kommunikációt használó hálózatban egy mikroszerver mozog körbe egy elôre meghatározott útvonalon (3. ábra); feladata a mérési adatok begyûjtése a szenzoroktól. Az útvonal szomszédságában elhelyezkedô érzékelôk közvetlenül a szerverrel kommunikálnak, míg a távolabbi szenzorok multi-hop kommunikációt használnak. A szerver t idô alatt ér körbe az útvonalán maximális sebességgel haladva. Amikor körbe ért, átadja a begyûjtött adatokat a nyelônek. Az adatokat legfeljebb T idô késleltetéssel kell begyûjteni, ezért t<t esetén lehetôség van rá, hogy a szerver bizonyos helyeken lelassítson. Erre szüksége lehet, hiszen elôfordulhat, hogy egyes helyeken sûrûbben helyezkednek el a szenzorok, így ott a közeghozzáférési nehézségek miatt lassabb lehet a kommunikáció. Ugyancsak lassításra van szükség ott, ahol a rossz jelterjedési viszonyok miatt csak lassabb adatátvitel lehetséges. 3. ábra A mikroszerver pályája egy erdôben telepített szenzorhálózatban Gandham és társai is több mozgó nyelô alkalmazását javasolják többesugrásos kommunikációt használó, idôvezérelt hálózat esetén [13]. Minden szenzor azonos mennyiségû adatot küld, így a forgalmi minta ismert, az érzékelôk elhelyezkedését pedig a MAC protokoll segítségével állapítja meg a javaslat. A hálózatban jelen lévô nyelôk száma korlátozott és ezek csak a hálózat szélén, elôre megadott helyeken tartózkodhatnak. LXI. ÉVFOLYAM 2006/12 15
HÍRADÁSTECHNIKA Ugyancsak ismert az egyes szenzorok aktuális energiaszintje, amely információ a cikkben javasolt routing algoritmus segítségével gyûjthetô be. A hálózat élettartama körökre van osztva; mindig a kör elején kerül sor a nyelôk új helyének megállapítására, mely helyekre a nyelôk rögtön oda tudnak lépni. Ezen információk alapján a szerzôk egy egészértékû programozási feladatként fogalmazzák meg a nyelôk új helyének megállapítását. Az eddigi javaslatok mind idôvezérelt hálózatokat feltételeztek. Széles körben alkalmazhatóak azonban az eseményvezérelt hálózatok is, hiszen bizonyos feladatok esetén társaiknál energiatakarékosabbak. Egy behatolás-detektálási feladat esetén például nincs szükség arra, hogy periodikusan minden szenzor küldjön csomagot a nyelônek; elég csak a behatolót észlelôknek megtenni azt. Az eseményvezérelt, valós idejû továbbítást igénylô szenzorhálózatok esetére is születtek a nyelô mobilitására vonatkozó javaslatok, úgy egyugrásos [14] mint többesugrásos [15] kommunikációt használó hálózatokra. Egyugrásos esetben azt feltételeztük, hogy a hálózatban a szenzorok klaszterekbe vannak szervezve. A szenzorok a klasztervezérlônek (KV) küldik a mért adatokat, a KV szerep pedig periodikusan vándorol a szenzorok között. A KV-k aggregálás után továbbítják a nyelônek a megkapott adatokat; csak azon KV-k kommunikálnak, amelyek területén esemény következett be. A nyelô ismeri a KV-k földrajzi helyét, a KV-k pedig ismerik a nyelô helyzetét. A KV-k képesek szabályozni adóteljesítményüket, így amennyiben a nyelô közelebb helyezkedik hozzájuk, úgy kisebb erôvel sugározzák az adatot a nyelô felé. A mozgatás célja az, hogy csökkentse az aktív KV-k által kommunikációra fordított energiát. Ennek megfelelôen három mozgatási stratégiát javasoltunk. Minavg esetben a cél az összes aktív KV által felhasznált energia minimalizálása. A kommunikációhoz szükséges energia a felek közötti távolság 2 és 5 közötti hatványával arányos, így az energia minimalizálásához a nyelô és az aktív KV-k közötti távolságok hatvány összegét kell minimalizálni. Ez esetben elôfordulhat, hogy a KV-k energiafogyasztása nagyon egyenetlen lesz, ami a másodikként javasolt minmax stratégia alkalmazásával kerülhetô el. Ez a nyelôt úgy helyezi el a hálózatban, hogy a tôle legtávolabb esô aktív KV távolsága minimális legyen. Amennyiben a nyelô a klaszterek aktuális összenergia szintjét is ismeri, akkor a nyelô mozgatásának adaptivitása tovább növelhetô; ezt a stratégiát minrel-nek nevezték el. A stratégia a nyelô mozgatása során azon klaszterek energiafogyasztását igyekszik csökkenteni, amelyek kevesebb energiatartalékkal rendelkeznek. Ennek elérésére minden aktív KV esetére kiszámolja a kommunikációhoz szükséges energiafelhasználás és a klaszter energiatartalékának a hányadosát; a nyelô új helyének kiválasztásakor pedig ezen hányadosok maximumát minimalizálja. Eseményvezérelt, többesugrásos kommunikációjú szenzorhálózatok esetén [15] analitikus vizsgálatokon keresztül elôbb bemutattuk, hogyan alakul az egyes szenzorok terhelése, majd a kapott eredményeket felhasználva két fajta mozgatási algoritmust javasoltunk. Multihop kommunikáció esetén, az egy esemény jelentéséhez szükséges energia lineárisan arányos az esemény és a nyelô távolságával. Ennek megfelelôen, az elsô stratégiában a nyelô úgy mozog, hogy az események és a saját maga közötti távolságok összege minimális legyen; ez a mintotal algoritmus. A minmax algoritmus esetén a cél az események jelentése következtében fellépô terhelés egyenletesebb elosztása, ezért itt a nyelô a mozgásával a tôle legtávolabb esô esemény távolságát minimalizálja. A BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszékén már elkezdôdött a mobil nyelô gyakorlati megvalósítása. A 4. ábrán látható lánctalpas mobil eszköz már képes közel mozdulni ahhoz a szenzorhoz, amelynek küldendô adata van. 4. Összefoglalás 4. ábra Mobil nyelôállomás Amint azt bemutattuk, rengeteg olyan javaslat született a közelmúltban, mely a szenzorhálózatokbeli eszközök mobilitásának bevezetését szorgalmazta. Ezen javaslatok közös célja a hálózat mûködési minôségének a javítása, illetve a hálózat használhatóságának meghoszszabbítása. Az elméleti és szimulációs eredmények azt mutatják, hogy ezek a megoldások tényleg képesek a kitûzött célok elérésére. Sajnálatos módon azonban a gyakorlati megvalósítások még váratnak magukra. 16 LXI. ÉVFOLYAM 2006/12
Mobil eszközök alkalmazása szenzorhálózatokban Irodalom [1] G. Wang, G. Cao, T. Porta, Movement-assisted sensor deployment, In Proc. of IEEE INFOCOM 04, Hong Kong, 2004. [2] F. Aurenhammer, Voronoi Diagrams A Survey of a Fundamental Geometric Data Structure, ACM Computing Surveys, 1991, Vol. 23, pp.345 405. [3] Z. Butler, D. Rus, Event-based Motion Control for Mobile Sensor Networks, IEEE Pervasive Computing, October 2003. Vol. 2, No.4, pp.34 42. [4] R. C. Shah, S. Roy, S. Jain, W. Brunette, Data MULEs: Modeling a three-tier architecture for sparse sensor networks. In Proc. IEEE Workshop on Sensor Network Protocols and Applications (SNPA), Anchorage, Alaska, 2003. pp.30 41. [5] L. Tong, Q. Zhao, S. Adireddy, Sensor networks with mobile agents, In MILCOM 2003 IEEE Military Communications Conference, Boston, MA, October 2003. Vol. 22, No.1, pp.688 693. [6] H. S. Kim, T. F. Abdelzaher, Minimum-energy asynchronous dissemination to mobile sinks in wireless sensor networks, In ACM SenSys, Los Angeles, CA, November 2003. [7] A. Chakrabarti, A. Sabharwal, B. Aazhang, Using predictable observer mobility for power efficient design of sensor networks, In Proc. of IPSN 03, 2nd International Workshop on Information Processing in Sensor Networks, Palo Alto, CA, USA, April 2003. pp.129 145. [8] J. Luo, J.-P. Hubaux, Joint mobility and routing for lifetime elongation in wireless sensor networks, In Proc. of IEEE INFOCOM 05, March 2005. [9] W. Zhao, M. Ammar, Message ferrying: Proactive routing in highly partitioned wireless ad hoc networks, In Proc. of the 9th IEEE Workshop on Future Trends in Distributed Computed Systems (FTDCS 03), San Juan, Puerto Rico, May 2003, pp.308 314. [10] Z. Wang, S. Basagni, E. Melachrinoudis, C. Petrioli, Exploiting sink mobility for maximizing sensor networks lifetime, In Proc. of the 38th Hawaii International Conference on System Sciences, Big Island, Hawaii, Januar 2005. [11] A. Kansal, M. Rahimi, W.J. Kaiser, M.B. Srivastava, G.J. Pottie, D. Estrin, Controlled mobility for sustainable wireless networks, In IEEE Sensor and Ad Hoc Communications and Networks (SECON 04), Santa Clara, CA, October 2004. [12] A. Kansal, A. Somasundara, D. Jea, M.B. Srivastava, D. Estrin, Intelligent fluid infrastructure for embedded networks, In ACM MobiSys 04, Boston, MA, USA, June 2004. pp.111 124. [13] S. R. Gandham, M. Dawande, R. Prakash, S. Venkatesan, Energy efficient schemes for wireless sensor networks with multiple mobile base stations, In Proc. of IEEE Globecom, SF, California, Dec. 2003, Vol. 22, No.1, pp.377 381. [14] Z. Vincze, D. Vass, R. Vida, A. Vidács, Adaptive Sink Mobility in Event-driven Clustered Single-hop Wireless Sensor Networks, accepted: 6th Int. Network Conference (INC 2006), Plymouth, UK, 11-14 July, 2006. [15] Z. Vincze, D. Vass, R. Vida, A. Vidács, A. Telcs, Sink Mobility in Event-driven Multi-hop Wireless Sensor Networks, In Proc. 1st International Conference on Integrated Internet Ad hoc and Sensor Networks (InterSense), Nice, France, 30-31 May, 2006. (Best Paper Award) LXI. ÉVFOLYAM 2006/12 17